Barrenas de Perforación

Barrenas de

Perforación

Barrenas de

Perforación

Introducción

La selección de las barrenas de perforación es un aspecto crucial para la operación de todos los proyectos de perforación.

Conocer los diferentes tipos de barrenas y sus respectivas aplicaciones es un prerrequisito para hacer la selección de barrenas.

La perforación de pozos involucra no solo la barrena correcta en la aplicación correcta, sino también operarla con los parámetros de operación correctos.

Dado que la tecnología de barrenas sigue mejorando a un paso rápido, los Supervisores de pozo deben estar actualizados acerca de los últimos avances para asegurar que hacen la selección optima de barrenas.

Al final de este tema, usted podrá:

Identificar los diferentes tipos de barrenas.

Definir los mecanismos de falla para los diferentes tipos de roca.

Describir la clasificación de barrenas de la IADC (International Association of Drilling Contractors) y el código de evaluación de barrenas desgastadas.

Describir el efecto de cambios en el peso sobre la barrena, rpm, diámetro del pozo, peso del lodo y contenido de sólidos sobre el desempeño de la barrena.

Seleccionar las barrenas con base en datos de pozos vecinos.

Efectuar e interpretar Pruebas de Perforabilidad.

Tipos de Barrenas

Tipos de Barrenas

TricónicasCortadores

fijos

Dientes fresados

Insertos de carburo de tungsteno

P D C Diamante

Diamante natural

T S PDiamante

impregnado

Especiales

Barrenas

Ampliadoras, bicéntricas,

coronas, etc.

Algunos tipos de Barrenas

Barrenas Tricónicas Dientes Fresados o Maquinados

Insertos de

Carburo de

Tungsteno

Barrenas Tricónicas

Elementos de Corte

Mecanismo de Falla (Corte)

Falla por Esfuerzo de

compresión

Barrenas de Cortadores Fijos (PDC)

Falla por EsfuerzoCortante Continuo

Mecanismo de Falla (Corte)

Cortadores de PDC

Barrenas de Cortadores Fijos

Elementos de Corte

Diamante Natural TSP Impregnada

Barrenas de Cortadores Fijos Barrena de Diamante Natural

Barrena Impregnada

Falla por Esfuerzo Cortante Continuo (Trituración)

Falla por Esfuerzo por Compresión Continuo (Abrasión)

Rayado y raspado Dientes fresados

Cincelado y trituradoInsertos de Carburo de Tungsteno

Cizallamiento PDC

Surcos Diamante Natural

Molienda Diamante Impregnado

Mecanismo de Perforación Vs Tipo de Barrena

Clasificación de Barrenas de la IADC

Código IADC para Barrenas TricónicasLa Asociación Internacional de Contratistas de Perforación (IADC) ha desarrollado un sistema estandarizado para clasificar las barrenas tricónicas. Se clasifican de acuerdo con el tipo (dientes de acero o insertos de carburo de tungsteno), la clase de formación para la cual fueron diseñadas y al sistema de rodamiento y lubricación.

Con el fin de evitar confusión entre los tipos de barrenas equivalentes en relación con los distintos fabricantes la IADC creó el sistema (Código IADC), de clasificación de tres dígitos, como se describe a continuación:

El primer dígito: Identifica el tipo de estructura de corte y también el diseño de la estructura de corte y también el diseño de la estructura de corte con respecto al tipo de formación.

El segundo dígito: Identifica el grado de dureza de la formación en la cual se usará la barrena. Varía de suave a dura.

El tercer dígito: Identifica el sistema de rodamiento y lubricación de la barrena en ocho clasificaciones.

Primer dígito

Sistema de corte

Dientes de acero para formación

blanda


media


dura

1

2

3

Tercer dígito

Sistema de rodamiento

Toberas para lodo y baleros estándar

Toberas aire/lodo y balero estándar

Protección al calibre y balero estándar

Balero sellado autolubricante

Protección al calibre y balero sellado

Chumacera sellada

Chumacera sellada y protección al calibre

Para perforación direccional

Otros

1

2

3

4

5

6

7

8

9

DIENTES DE

ACERO

Segundo dígito

Dureza de la formación

Suave1

Media dura3Dura4

Media suave2

Suave1

Media dura3

Dura4

Media suave2

Media dura3Dura4

Media suave2Suave1

Código IADC para Barrenas Tricónicas

Primer dígito

Sistema de corte

Tercer dígito

Sistema de rodamiento

Toberas para lodo y baleros estándar

Toberas aire/lodo y balero estándar

Protección al calibre y balero estándar

Balero sellado autolubricante

Protección al calibre y balero sellado

Chumacera sellada

Chumacera sellada y protección al calibre

Para perforación direccional

Otros

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Segundo dígito

Dureza de la formación

Suave1

Suave1

Media dura3

Dura4

Media suave2

Media dura3Dura4

Media suave2Suave1

Código IADC para Barrenas Tricónicas

1

4

2

3

1

4

2

3

Media duraDura

Media suave

Media duraDura

Media suave

Suave

Suave

INSERTOS DE

CARBURO DE

TUNGSTENO

4

5

6

7

8

Insertos para formación

muy blanda


media


blanda


dura

Insertos para formación extra dura

Código IADC para Barrenas de Cortadores Fijos

La IADC desarrolló un sistema de codificación para la identificación de barrenas de cortadores fijos que incluye a todos los tipos: diamante natural, compactos de diamante policristalino (PDC) o de diamante térmicamente estable (TSP). Este código consiste en cuatro caracteres (una letra y tres números) que describen las siete características básicas:

Primer caracter: El primer dígito se identifica el tipo de cortador y el material del cuerpo, de la barrena.

Segundo caracter: El segundo carácter corresponde al perfil de la barrena y puede ser entre 1 y 9.

Tercer caracter: El tercer carácter corresponde al diseño hidráulico de la barrena con una escala del 1 al 9, además, dentro de ésta; existe un código de alternativa con las letras R, X y O (flujo radial, flujo cruzado y otros respectivamente).

Cuarto caracter: El cuarto carácter indica el tamaño y densidad del cortador, con una escala del 1 al 9 y 0.

Primer caracter

Tipo de cortador

Material del

cuerpo

Diamante natural Matriz

MatrizP D C

P D C Acero

T S P Matriz

Alta Media Baja

1 2 3

4 5 6

7 8 9

Cuarto caracter

Tamaño y densidad de los cortadores

Tamaño

Grande

Mediano

Pequeño

O = Impregnada

Densidad

Segundo caracter

Perfil del cuerpo

Altura del

flanco

Altura del cono

Alta Media Baja

Alto

Mediano

1 2 3

4 5 6

7 8 9Bajo

De doble centro asimétrico

O =

1 2 3

4 5 6

7 8 9

Tercer caracter

R = Flujo radial X = Flujo cruzadoO = Otro

Diseño hidráulico

Tipo de orificioDistribución de

cortadores

En aletas

En costillas

No agrupadas

ToberasOrificio

fijoSalida abierta

D

M

S

T

Código IADC para Barrenas de Cortadores Fijos

Clasificación IADC - Cortadores Fijos

M432

Densidad del Cortador: PDC de 1 a 4, barrenas de diamante de 6 a 8 (mientras menor sea la cantidad, más ligera será la barrena)

Tamaño de Cortador / Tipo: Para cortador PDC, 1 indica >24 mm, 2 está entre 14 y 24 mm, 3 está entre 8 y 14 mm y 4 es más pequeño que 8. Para barrenas de diamante, 1 representa diamante natural, 2 es para TSP, 3 es una combinación de diamante natural y TSP y 4 es para impregnada.

Perfil: El último dígito indica el estilo general del cuerpo y varía desde 1 (perfil plano) a 4 (estilo de turbina con flancos largos).

Material del Cuerpo: Acero o Matriz.

Los códigos IADC para cortador fijo únicamente tienen la intención de ser un medio para caracterizar el aspecto físico general de las barrenas de cortador fijo. A diferencia de la clasificación IADC para barrenas tricónicas , éstos códigos no representan una guía para la aplicación.

Código IADC para Clasificación de Barrenas Desgastadas

ExteriorForma del desgasteInterior Localización

Estructura de corte Baleros Calibre Observaciones

Estándar Sellados

Chumacera16 avos

Otras características

Justificación del viaje

0 1 2 3 4 5 6 7 8

01

2 3 4

5

6

7

Barrenas de Cortador Fijo

Barrenas tricónicas

La estructura de corte se califica de 0 a 8, dependiendo del porcentaje de la estructura de corte que se perdió (0 = Intacta, 8 = 100% de desgaste).

Cono 1

Cono 2Cono 3

Estructura de corte interior (todas las hileras interiores)

Estructura de corte exterior (únicamente la hilera que determina el tamaño



Estándar Sellados

Chumacera16 avos



Cono roto

Dientes / cortadores rotos

Embolamiento

Cono fracturado

Cono atorado

Cono interferido

Cono nucleado

Cortadores astillados

ErosiónAchatamiento

Barrena quemada

Chatarra

Pérdida de cono

BCBT

BUCC

CD

CICRCT

ER

FCHC

JD

LC

Pérdida de toberas

Cortadores perdidos

Desgaste excéntrico

Barrena apretada

Toberas tapadas

Calibre redondeado

Anillo redondeado

Faldón dañado

Astillamiento natural

Cono rayado

Cono lavado

Cortadores usadosOtras características

LN

LT

OC

PB

PN

RG

RO

SD

SS

TR

WU

WTNO



Estándar Sellados

Chumacera16 avos



C Cono

N Nariz

T Flanco

S Hombro

C Calibre

A Todas las áreas

M Zona media

H Zona inferior



Estándar Sellados

Chumacera16 avos



Estándar

O = Nuevo

8 = 100% usado

Sellados

E = Sello efectivo

F = Falla de sello

X = No existe



Estándar Sellados

Chumacera16 avos



I = En calibre

1/16 = 1/16 de desgaste



Etc., etc.



Estándar Sellados

Chumacera16 avos



Cono roto

Dientes / cortadores rotos

Embolamiento

Cono fracturado

Cono atorado

Cono interferido

Cono nucleado

Cortadores astillados

ErosiónAchatamiento

Barrena quemada

Chatarra

Pérdida de cono

BCBT

BUCC

CD

CICRCT

ER

FCHC

JD

LC

Pérdida de toberas

Cortadores perdidos

Desgaste excéntrico

Barrena apretada

Toberas tapadas

Calibre redondeado

Anillo redondeado

Faldón dañado

Astillamiento natural

Cono rayado

Cono lavado

Cortadores usadosOtras características

LN

LT

OC

PB

PN

RG

RO

SD

SS

TR

WU

WTNO



Estándar Sellados

Chumacera16 avos



BHA Cambio aparejo de fondo

DMF Falla en motor de fondo

DSF Falla de sarta

DST Prueba de formación

DTF Falla en herramienta

LOG Registros

RIG Reparación de equipo

CM Condiciones del fluido

CP Cortar núcleos

DP Barrena tapada

FM Cambio de formación

HP Problemas de agujero

HR Horas de rotación

PP Presión de bombeo

PR Ritmo de penetración

TD Profundidad programada

TQ Torque

WC Condiciones climáticas

WD Lavamiento de sarta

Prueba

de

Perforabilidad

Prueba de Perforabilidad

La prueba de perforabilidad es un procedimiento sencillo y práctico que fue propuesto por Lubinski (1).

Tiene muy poco o ningún impacto en el tiempo del equipo y los resultados son inmediatamente aparentes.

El objetivo es encontrar la combinación de peso sobre barrena y revoluciones en la rotaria que produzcan la mayor velocidad de perforación.

Todo lo que se requiere es un reloj con segundero, y un lápiz.

(1) Proposal for Future Tests, A. Lubinski - The Petroleum Engineer, Jan 1958

Procedimiento de la Prueba de perforabilidad

1. Determine el peso máximo que se puede aplicar sobre la barrena en base al tipo y al diámetro, y al peso disponible en la herramienta.

2. Seleccione tres RPM a las cuales desea realizar la prueba.

3. Aplique la primera velocidad de rotación y gradualmente lleve el peso sobre la barrena hasta el máximo recomendado. Si el peso sobre barrena máximo no se alcanza antes de que se presenten altos niveles de torsión, entonces utilice un menor peso.

4. Asegure la palanca del freno del malacate y que permita que el peso colocado sobre la barrena se recupere al perforar. Anote el tiempo que se necesitó para recuperar 2 ton en el peso. El menor tiempo requerido para recuperar las 2 ton, será el peso sobre barrena que dará la mayor velocidad de penetración con la respectiva velocidad de rotación en la rotaria.

5. Pruebe en la misma forma las otras RPM´s.

6. En base a los resultados, seleccione el peso sobre barrena y RPM óptimos.

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